Teško je ponekad zamotati glavu. Iako se može osjećati da miruje, planet Zemlja se zapravo kreće prosječnom brzinom od 29,78 km/s (107 200 km/h; 66600 mph). Pa ipak, naš planet nema ništa na samom Suncu, koje putuje oko središta naše galaksije brzinom od 220 km/s (792 000 km/h; 492 000 mph).
Ali kao što je to često slučaj s našim Svemirom, stvari postaju samo još zaprepašćujuće što dalje gledate. Prema novoj studiji međunarodnog tima astronoma, najmasovnije 'super spiralne' galaksije u Svemiru rotiraju dvaput brže od Mliječne staze. Uzrok su, tvrde, masivni oblaci (ili oreoli) tamne materije koji okružuju ove galaksije.
Studija, koja se nedavno pojavila u Astrophysical Journal Letters , proveli su astronomi iz Znanstveni institut za svemirski teleskop (STSI), Sveučilište u Cape Townu, The College of New Jersey, Tehnološko sveučilište Swinburne, Sveučilište Western Cape i Kalifornijski institut za tehnologiju.
Mozaik slika super spiralne galaksije. Zasluge: NASA/ESA/P. Ogle/J. DePasquale (STScI) (gornji red); SDSS/P. Ogle/J. DePasquale (STScI) (donji red)
Super spiralne galaksije relativno su nov fenomen za astronome, a otkrivene su tek kao rezultat podataka dobivenih od strane Sloan Digital Sky Survey (SDSS) i NASA/IPAC ekstragalaktička baza podataka (NED). Do danas ih je poznato samo oko 100, ali ono što smo primijetili od ovih nekoliko pokazuje da su ti objekti ništa drugo do izuzetni.
Osim što su mnogo veće od Mliječne staze, također su svjetlije i sadrže mnogo više zvijezda. Najveći ima oko 450.000 svjetlosnih godina u promjeru (u usporedbi s Mliječnom stazom, koja se procjenjuje na 100.000 svjetlosnih godina) i oko 20 puta je masivnija. A na temelju studije koju su vodili istraživači iz STSI-ja, čini se i da se rotiraju mnogo brže.
U svrhu istraživanja, tim se oslanjao na nove podatke prikupljene s Južnoafrički veliki teleskop (SALT) za mjerenje krivulja rotacije za 23 poznate masivne spiralne galaksije. Dodatne podatke dao je 5-metarski Hale teleskop kod Zvjezdarnica Palomar dok NASA-in Infracrveni preglednik širokog polja (WISE) misija pružila je vitalne podatke o masama galaksija i stopama stvaranja zvijezda.
Kao što je Tom Jarrett sa Sveučilišta Cape Town u Južnoj Africi rekao o studiji:
“Ovaj rad lijepo ilustrira snažnu sinergiju između optičkih i infracrvenih promatranja galaksija, otkrivajući zvjezdane kretnje pomoću SDSS i SALT spektroskopije, te druga svojstva zvijezda – posebice zvjezdanu masu ili 'kičmu' galaksija domaćina – kroz WISE srednje infracrveno snimanje .”
Arhivirane NASA-ine slike koje prikazuju 'super spiralne' galaksije koje su patuljaste naše vlastite spiralne galaksije, Mliječni put. Zasluga: SDSS
Ono što su otkrili je da se te galaksije okreću mnogo brže od Mliječne staze, s najvećom brzinom do 570 km/s (350 mps) – gotovo tri puta brže. Štoviše, tim je otkrio da brzina rotacije super spirala uvelike premašuje masu njihovih sastavnih zvijezda, plina i prašine. To je u skladu s onim što su znanstvenici promatrali desetljećima, što bi sugeriralo da je tamna tvar odgovorna.
“Super spirale su ekstremne po mnogim mjerama. Oni ruše rekorde u brzini rotacije”, rekao je Patrick Ogle, istraživač sa STSI-ja i glavni autor studije. 'Čini se da je okretanje galaksije određeno masom njezine tamne materije... Ovo je prvi put da smo pronašli spiralne galaksije koje su velike koliko ikad mogu dobiti.'
U suštini, Ogle i njegovi kolege zaključili su da su super spirale okružene aureolima tamne tvari većim od prosjeka. Zapravo, Ogle i njegov tim utvrdili su da je najmasivniji halo bio ekvivalentan oko 40 trilijuna solarnih masa. Astronomi obično očekuju da će pronaći toliko tamne tvari oko skupine galaksija, a ne jedne.
Ova studija je još jedan dokaz protiv alternativnih teorija gravitacije koje pokušavaju isključiti prisutnost tamne tvari. Popularan primjer je poznat kao Modificirana Newtonova dinamika (MOND), koji sugerira da je gravitacija kada su u pitanju najmasovnije strukture u kozmosu (galaksije i jata galaksija) nešto jača nego što bi to predvidjeli Newton ili Einstein.
Raspodjela tamne tvari kada je Svemir bio star oko 3 milijarde godina, dobivena numeričkom simulacijom formiranja galaksija. Zasluge: VIRGO Consortium/Alexandre Amblard/ESA
Međutim, MOND ne može objasniti opažene brzine rotacije super spirala, što sugerira da nije potrebna ne-Newtonova dinamika. Još jedan zaključak iz ovih opažanja bio je da super spirale sadrže mnogo manje zvijezda nego što bi se očekivalo, s obzirom na masivne aureole tamne tvari koje ih okružuju. To sugerira da obilje tamne tvari zapravo može inhibirati stvaranje zvijezda u galaksijama.
Istraživački tim predlaže dvije mogućnosti zašto je to tako. S jedne strane, može se dogoditi da se svaki dodatni plin koji se uvuče u galaksiju zagrijava brzom rotacijom do te mjere da je hlađenje i zgrušavanje (a time i gravitacijski kolaps) manje vjerojatno. S druge strane, moguće je da brzo okretanje galaksije ometa plinske oblake što im otežava spajanje i kolaps.
Unatoč tome, super spirale koje su promatrane još uvijek mogu doživjeti stvaranje zvijezda - brzinom od oko 30 solarnih masa godišnje (ili 30 puta većom od Mliječne staze). Gledajući naprijed, Ogle i njegov tim nadaju se da će provesti daljnja promatranja u nadi da će naučiti više o kretanju plina i zvijezda unutar diskova super spirala.
Ova i druga pitanja koja se odnose na super spirale vjerojatno će rješavati instrumenti sljedeće generacije kao što su svemirski teleskop James Webb (JWST) i infracrveni svemirski teleskop širokog polja (WFIRST). Nakon što budu postavljeni, ovi će teleskopi moći proučavati više super spirala na još većim udaljenostima, što će prema tome biti u ranijoj fazi svoje evolucije.
Daljnje čitanje: Hubblesite , Astrophysical Journal Letters
